[論文レビュー] Probing Extra Matter in Gauge Mediation Through the Lightest Higgs Boson Mass

Jason L. Evans, Masahiro Ibe+1 more|arXiv (Cornell University)|Aug 17, 2011

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 11被引用数 17

ひとこと要約

この論文は、ゲージ励起対称性（GMSB）モデルにおいて、通常は120 GeV未満の軽いヒッグスを予測するが、小規模な A-項のため、観測されたヒッグスボソン質量（約140 GeV）を説明するため、追加のベクトル型物質多重項（特に10+\overline{10}表現のペア）が有効であると提案している。ヒッグスに至るヤコビ型結合による大規模な放射修正が、ヒッグス質量の増大を引き起こし、グルーギノ質量が2 TeV前後であってもLHCの制約と整合的である。

ABSTRACT

We discuss the implications of the excesses in LHC Higgs boson searches on the gauge mediated supersymmetric standard model, for the mass range 120-140\,GeV. We find that a relatively heavy lightest Higgs boson mass in this range can be reconciled with light SUSY particles, $m_{ m gluino}<2$\,TeV, if there are additional fields which couple directly to the Higgs boson. We also find that the mass of this extra matter can be predicted rather precisely in gauge mediation for a given Higgs boson and gluino mass.

研究の動機と目的

• 観測されたヒッグスボソン質量（約140 GeV）と、最小限のゲージ励起SUSY（GMSB）が予測する120 GeV未満の軽いヒッグスとの間の矛盾を解消すること。
• MSSMを超える追加のベクトル型物質が、非常に重たいSUSY粒子を必要とせずに、強化されたヒッグス質量を説明できるかどうかを調査すること。
• 精密電弱観測量とヒッグス生成の制約を用いて、追加物質場の結合定数と質量を制約することで、このようなモデルの物性的妥当性を検討すること。
• 追加物質がヒッグス系に強く結合している場合、グルーギノ質量が2 TeV以下であっても、重いヒッグス質量を達成できることを示すこと。

提案手法

• ヒッグスノンとヤコビ型結合 $ W = H_u \mathbf{10} \mathbf{10} $ を介して結合する追加の10+\overline{10}ベクトル型物質多重項を導入し、ヒッグス質量に大きな放射修正を引き起こす。
• 追加物質を含む1ループダイアグラムを用いて有効ヒッグスポテンシャルと質量補正を計算し、特にトップに類似たクォークの寄与がヒッグス質量補正に与える影響に焦点を当てる。
• 追加物質に起因する有効ヒッグス-グルーオン結合を導出し、$ M_T \gg \lambda_u \lambda_d \sin 2\beta v^2 $ の条件下で、LHCのヒッグス信号強度と整合的であることを示す。
• 追加物質のフェルミオン質量行列から生じるS、T、U精密電弱パラメータへの補正を評価し、SMとの小さな混合を $ \epsilon_i $ カップリングを仮定する。
• 重いヒッグスのデカップリング極限を仮定し、真空偏極関数を計算することで、電弱精密データに対するモデルの制約を評価する。
• $ \tan\beta \sim O(10) $ および $ \lambda_u \sim 1 $ を仮定し、放射補正を最大限に高めつつ、モデルが摂動的であることを保つ。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 LHCの範囲外のグルーギノ質量を必要とせずに、ゲージ励起SUSY破れモデル内で観測されたヒッグスボソン質量（140 GeV前後）を説明できるか。
• RQ2 追加のベクトル型物質多重項（特に10+\overline{10}）が、放射修正を通じて軽いヒッグスボソン質量をどのように増大させるか。
• RQ3 追加物質場の結合定数と質量が、ヒッグスボソン質量および精密電弱観測量S、T、Uに与える影響は何か。
• RQ4 新しいヤコビ型結合を介して重いヒッグスボソンを実現する際、摂動的統一と自然なSUSYを維持できるか。
• RQ5 小さな $ \epsilon_i $ カップリングによる追加物質とSMとの混合に対する制約は何か。また、それらはモデルの安定性と物性的性質にどのように影響するか。

主な発見

• 結合定数 $ \lambda_u \sim 1 $ および $ \tan\beta \sim 10 $ の10+\overline{10}ベクトル型物質多重項の追加により、グルーギノ質量が $ \lesssim 2 $ TeVであっても、軽いヒッグスボソン質量が140 GeVを超える。
• 追加物質に起因するヒッグス質量への放射補正は顕著であり、補正は $ \sim \lambda_u^2 \sin^2\beta v^2 / M_T^2 $ のようにスケーリングし、大きなA-項を必要とせずに重いヒッグスを実現可能にする。
• 追加物質に起因する有効ヒッグス-グルーオン結合は $ M_T^{-2} $ の因子で抑制されるため、$ M_T \gg \lambda_u \lambda_d \sin 2\beta v^2 $ の条件下で、LHCのヒッグス信号強度と整合的である。
• S、T、Uパラメータは追加物質のフェルミオン質量行列に起因する補正を受けるが、質量差分 $ \Delta M \sim \lambda_u \sin\beta v $ が $ M_T $ に比べて小さい場合、これらの補正は小さい。
• 混合が小さい（$ \epsilon_i \sim 10^{-3} $）限り、宇宙論的制約に対してもモデルは妥当であり、長寿命の荷電粒子を避けることができる。
• モデルは、軽いグルーギノが存在する状況でもヒッグス質量が140 GeVにまで増大可能であると予測し、LHCのヒッグスデータと最小限のGMSBとの間の矛盾を解消する。